Schválené projekty 2017

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2017

Celková přidělená částka z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum na VŠB-TUO - 54 573 242 Kč

Z toho 2.5% - 1 364 331 Kč - úhrada způsobilých nákladů spojených s organizací SGS

fakulta přidělená částka v Kč
FBI  1 210 137
EKF  3 929 534
FAST  2 465 732
FS  9 344 630
FEI 13 996 004
HGF  5 272 251
FMMI  7 123 785
VC  8 743 333
CP  1 123 505
CELKEM 53 208 911

KódSP2017/136
Název projektuVýpočtové a experimentální modelování se zaměřením na materiálový výzkum a biomechaniku
ŘešitelLičková Dagmar Ing. Mgr.
Školitel projektudoc. Ing. Radim Halama, Ph.D.<br />
Období řešení projektu01.01.2017 - 31.12.2017
Předmět výzkumuNavrhovaný projekt se věnuje rozvoji výpočtového a experimentálního modelování se zaměřením na materiálový výzkum a biomechaniku.

Prvním cílem projektu je pokračování výzkumu únavových vlastností a napěťově deformačního chování oceli 316L, tentokrát také při zvýšené teplotě. Pro získání maximálního množství dat z experimentů bude aplikována také metoda digitální korelace obrazu (přístroj Mercury RT).
Dalšímení opěrných válců podstatně ovlivňuje velikost nejvíce namáhaného místa a rozložení napjatosti v kontaktu opěrného a p cílem je řešení kontaktu opěrného a pracovního válce válcovací stolice typu kvarto. Je známo, že tvar zakončracovního válce. Na základě zjištěných výsledků bude navrženo modifikované zakončení opěrného válce. Řešení napěťových polí při válcování bude rovněž zjišťováno v tvářených průsvitných modelech pomocí metody fotoplasticimetrie. Zpracování fotoplasticimetrických dat bude provedeno pomocí počítačového programu vytvořeného v dřívějších projektech SGS.
Dále navrhovaný projekt řeší ladění konečnoprvkového modelu kovaného šoupátka na základě experimentálně zjištěných dat. Modální parametry budou získány modální zkouškou provedenou u výrobce šoupátka, ve firmě ARAKO, spol. s r.o. Cílem je zjistit, jaké úpravy konečnoprvkového modelu povedou k co největší shodě teoretického a experimentálního modelu.
V neposlední řadě se bude jednat o získání a komparace materiálových parametrů při dynamickém zatěžování a simulace impaktu bateriového boxu vozidla SCX 3.5 – výzkum se zabývá zhodnocením pevnosti a funkčnosti bateriového boxu elektromobilu, určeného pro vozidlo SCX 3.5 generace. Bateriový box elektromobilu musí přenést zatížení, které vzniká v případě kolizní situace (havárie vozidla). Při havárii musí být zajištěna celistvost boxu, ale co je důležitější, nesmí dojít k porušení elektrických obvodů a baterií. Kdyby došlo k takové situaci, mělo by to závažné následky, které by mohly vést až k explozi a k následnému požáru. Práce se bude zabývat numerickými simulacemi, které by měly být v závěru komparovány s daty získanými z experimentálního ověření na prototypu bateriového boxu.
Pozornost bude také věnována konstrukci uložené na lineárním a nelineárním podkladu (tečný i axiální směr, numerické modely, zpracování a provádění experimentů), biomechanice zevní a vnitřní fixace při osteosyntéze intraartikulárních, extraartikulárních a komplikovaných zlomenin malých a velkých kostí (dlahy, hřeby, šrouby, dráty, fixátory, tj. intraoseální i extraoseální). Spolupráce bude probíhat s lékaři FN Ostrava, Krajské nemocnice Pardubice (zpracování CT snímků, tvorba CAD a MKP modelů kostí, rozbor a měření zatížení, experiment, pevnostní analýza, stochastické modely, zavádění výsledků do praxe). Dalším z cílových zaměření jsou nelineární prutové konstrukce, geomechanika pohybu zemských desek. Problematika řešení těsnění hlav válců velkých motorů (numerické a stochastické modely, tepelné namáhání atp.)

V rámci projektu budou vyvíjeny biomechanické a medicínské vybavení na základě požadavku aplikační sféry. Vývoj přístrojů bude konzultován s odpovídajícím lékařským pracovištěm. U přístrojů bude provedena pevnostní analýza a kontrola. Přístroje budou vyrobeny a následovně vyzkoušeny na odborném lékařském pracovišti.
Navrhovaný projekt se zaměřuje na spolupráci s odbornými lékařskými pracovišti. Cílem je návrh přístrojů, které budou levné, snadno aplikovatelné na konkrétní pacienty a nebudou pacienty zatěžovat.

Dalším tématem je detekce vybraných typů nespojitostí u ocelových plechů a kompozitních panelů s využitím modální akustické emise. Předmětem řešení je návrh a následná aplikace metodiky NDT zkoušení ocelových plechů a kompozitních panelů s využitím modální akustické emise. Metodika se bude zaměřovat na detekci nespojitostí, které se nejčastěji vyskytují u výše zmíněných struktur, s ohledem na jejich velikost, prostorovou orientaci a tvar.

Pro studenty bude již pátým rokem uspořádána studentská soutěž s firmou Continental Automotive. Bude nově zahájena již v prvním ročníku navazujícího studia a ukončena ve druhém ročníku oboru Aplikovaná mechanika. Řešena bude úloha týkající se transportního systému Karakuri využívajícího k přepravě materiálu gravitace (experimentální analýza -> výpočtová analýza -> optimalizační analýza).

Získané zkušenosti studentů z řešení dílčích úloh projektu povedou k zvýšení jejich odborné úrovně a po úspěšném absolvování studia i k vyššímu uplatnění na trhu práce.

Navrhovaný postup řešení je zřejmý z harmonogramu plánovaných prací:
1. Etapa (leden-březen 2016)
A) Experimentální část:
- Provedení průzkumu trhu ke zprovoznění teplotně mechanických zkoušek.
- Měření mechanických vlastností textilních vzorků.
- Metodika měření hluku.
- Návrh zařízení a konzultace návrhu s odborným lékařským pracovištěm.
- Vypracování literární rešerše: (i) mechanismů přenosu tepla, (ii) numerického řešení kontaktních úloh a (iii) optimalizace tvaru u válců válcovacích stolic.
- Měření spojů bezhlavičkových (Herbertových) šroubů, testování dlah a hřebů pro proximální a distální části, metafýzy a epifýzy kostí. Vytrhávání šroubů z kosti. Statické a únavové testy implantátů.
- Příprava a výroba zkušebních vzorků s vybranými typy umělých vad.
- Seznámení se zařízením Karakuri.

B) Numerická část:
- Modelové úlohy mechanických vlastností textilních vzorků.
- Způsoby provádění počítačových simulací při měření hluku.
- Srovnání numerického a analytického výpočtu Hertzova kontaktu dvou válců.
- Identifikace vhodných konstitutivních rovnic pro popis dynamického chování materiálu.
- Rozpracování teorie potřebné pro řešení, tzn. projít normy a předepsané postupy vztahující se k realizaci tzv. impaktní zkoušky bateriového boxu. Seznámit se s geometrií a technologií výroby bateriového boxu pro elektromobil SCX 3.5 generace. Vytvoření simulačního modelu. Sestavení souboru potřebných vstupních dat.
- Numerické řešení pro analytické odvození deformačních a napěťových stavů příhradových konstrukcí (malé a velké deformace). Aplikace přímých a stochastických metod.
- Rešerše stávajícího stavu poznání v oblasti fotoplasticimetrie. Stanovení metodiky řešení napěťových polí v procesu válcování.
- Návrh přípravku pro zkoušení zkušebních vzorku v oblasti vysokocyklové únavy s předpětím vyvozeným vnitřním přetlakem.
- Zadání Studentské soutěže s firmou Continental Automotive.

2. Etapa (duben-červen 2017)
A) Experimentální část:
- Zkompletování sestavy pro realizaci zkoušek za zvýšené teploty, návrh experimentu.
- Realizace výpočetních simulací kontaktního problému válcovací stolice, a to pomocí různých výpočetních systémů (například ANSYS, COMSOL, MatSol,…).
- Návrh a praktická realizace měřícího řetězce pro generaci, akvizici a následné vyhodnocení signálu (akustika).

B) Numerická část:
- Tvorba modelu biomechanického a medicínského vybavení, numerické simulace metodou konečných prvků.
- Realizace výpočetních simulací kontaktního problému válcovací stolice, a to s různými kontaktními algoritmy (metoda penalty, metoda Lagrangeových multiplikátorů a rozšířená Lagrangeova metoda).
- Sestavení algoritmu pro zpracování získaných dat a správnou identifikaci materiálových parametrů.
- Provedení potřebných numerických simulací ve vhodném MKP software (elektromobil SCX 3.5). Vyhodnocení získaných informací. Srovnání výsledků modelu s dostupnými experimentálními daty. Vyvození závěrů a doporučení.
- Řešení napěťových a deformačních stavů soustavy implantát a kost (malé a velké kosti). Aplikace přímých a stochastických metod.
- MKP modelování soustavy hlava, válec, těsnění a šrouby u velkých motorů.
- Stanovení vývojového diagramu k určení napětí ve válcovaných modelech metodou fotoplasticimetrie. Analýza kompatibility a možnosti použitelnosti vytvořeného software pro oblast fotoelasticity s oblastí fotoplasticity.
- Zpracování dokumentace zkušebního přípravku na vyvození vnitřního přetlaku a návrh metodiky zkoušení.
- Analýza stávajícího stavu vybrané pozice zařízení Karakuri.

3. Etapa (červenec-září 2017)
A) Experimentální část:
- Realizace ověřovacích experimentů v teplotní peci.
- Měření na konkrétním díle - mechanických vlastností textilních vzorků.
- Realizace experimentu - měření hluku.
- Výroba přístrojů, testování ve spolupráci s odborným lékařským pracovištěm. Příprava patentové přihlášky.
- Zkoumání vlivu teplotních polí na napjatostní a deformační analýzu okrajové části opěrného válce.
- Testování navrženého měřícího řetězce na sérii umělých vad u ocelových plechů a kompozitních panelů.
- Sestavení a úprava měřícího zařízení pro fotoplasticimetrii. Příprava experimentu a přípravků k realizaci válcovacího procesu na opticky citlivých materiálech.
- Výroba a sestavení zkušebního přípravku pro zkoušky VC únavy a jeho testování.

B) Numerická část:

- Provedení optimalizační studie okrajové části opěrného válce, která je složena z přímých tvarů.
- Realizace MKP simulací vzájemné interakce deskových vln a vybraných typů umělých vad.
- Nelineární úlohy konstrukcí na pružném podkladu (linearity, nelinearity, MKP, MKD, komplikované unilaterální podklady). Nové modely podkladů.
- Geomechanika astenosféry planety Země (deformační a napěťové stavy). Přímé a stochastické přístupy řešení, MKP.
- Vytvoření programové podpory pro analýzu napěťových polí v plasticky deformovaném tělese při tváření materiálu.

4. Etapa (říjen-prosinec 2017)
A) Experimentální část:
- Vyhodnocení zkoušek při telotně mechanickém namáhání (ocel 316L).
- Zpracování výsledků (biomechanické a medicínské vybavení). Příprava patentové přihlášky. Tvorba článku do odborného časopisu.
- Provedení optimalizační studie okrajové části opěrného válce, která je složena z přímých a křivočarých tvarů.
- Realizace fotoplasticimetrického měření na sestaveném měřícím zařízení. Záznam dat z tvářecího procesu válcování nebo protlačování.
- Příprava dat pro následné zpracování v numerické části. Realizace sady experimentů v oblasti VC únavy za použití přípravku, který vnese do zkušebního vzorku předpětí vyvozené vnitřním přetlakem.
- Analýza a následná interpretace naměřených dat na sérii umělých vad u ocelových plechů a kompozitních panelů. Komparace naměřených experimentálních dat s daty získanými prostřednictvím MKP simulací konkrétních případů.

B) Numerická část:

- Srovnání provedených optimalizačních studií tvaru okrajové části opěrného válce.
- Řešení napěťových polí pomocí metody fotplasticimetrie za použití vytvořené programové podpory.
- Dokončení optimalizace řešené úlohy Studentské soutěže.

Řešitelský kolektiv se bude pravidelně scházet v průběhu řešení projektu. Očekávanými výstupy projektu jsou publikační (konferenční příspěvky, časopisecké publikace) a patentové. V souladu s předpisy VŠB-TUO budou podávány návrhy na přihlášky vynálezů přes Centrum transferu technologií.

Publikace na konferencích: 8x
Řešení problematiky v rámci diplomové práce – 10x
Dokončení disertační práce – 1x
Funkční vzorek – 1x
Odeslaný článek do impaktovaného časopisu – 1x
Odeslaný článek do časopisu uvedeného v databázi SCOPUS - 2x

















Členové řešitelského týmuIng. Daniel Antoš
Ing. Vojtěch Bajtek
Ing. Matěj Bartecký
Ing. Radomír Bělík
Mgr.Ing. Alena Bilošová, Ph.D.
Bc. David Bolek
Ing. Tomáš Brzobohatý, Ph.D.
Bc. Jan Bzonek
Bc. Jan Chrobok
Ing. Jakub Cienciala
Ing. Petr Ferfecki, Ph.D.
Ing. František Fojtík, Ph.D.
doc. Ing. Karel Frydrýšek, Ph.D.
doc. Ing. Martin Fusek, Ph.D.
Ing. Petr Gál
Ing. Pavel Hajdík
doc. Ing. Radim Halama, Ph.D.
Bc. Jaroslav Helštýn
Bc. Lukáš Hertl
Ing. Milada Hlaváčková, Ph.D.
Bc. Radek Holub
Ing. Lukáš Horňáček
Bc. Ondřej Hurník
Marek Konečný
Ing. Michal Kořínek
Ing. Michal Kováčik
Bc. Michal Krmášek
Bc. Rostislav Labaj
Ing. Mgr. Dagmar Ličková
Bc. Filip Lužný
Ing. Vojtěch Machalla
Ing. Jakub Machálek
Bc. Robert Mališ
Ing. Alexandros Markopoulos, Ph.D.
Ing. Martin Maťas
Bc. Petr Matějů
Ing. Pavel Maršálek, Ph.D.
Ing. Šárka Michenková, Ph.D.
Mgr. Magda Štěpánová
Bc. Michal Molčan
Ing. Miroslav Nevřela
Ing. Martin Nevřela
Bc. Radek Páleník
Ing. Zbyněk Paška
Ing. Pavel Pavlíček
Ing. Václav Pavelka
Ing. Luboš Pečenka, Ph.D.
Bc. Pavel Pergler
doc. Ing. Jiří Podešva, Ph.D.
doc. Ing. Zdeněk Poruba, Ph.D.
Bc. Vojtěch Řepa
Bc. Daniel Rohel
Ing. Jaroslav Rojíček, Ph.D.
Bc. Jakub Sagáčik
Ing. Josef Sedlák, Ph.D.
Ing. František Sejda
Ing. Irina Semenova
Ing. Tomáš Ševčík
Ing. Kateřina Šimečková
Bc. Ondřej Skoupý
Bc. Jan Slovík
Ing. Jiří Šmach
Ing. Jakub Šmiraus, Ph.D.
doc. Ing. Michal Šofer, Ph.D.
Ing. Günther Theisz, Ph.D.
Ing. Radek Vitásek
Ing. Michal Weisz, Ph.D.
Ing. Filip Zaoral
Bc. Petr Zondlak
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)1) Vyhodnocení napěťově deformačního chování oceli 316L při zvýšené konstantní teplotě.
2) Analýza rozložení napjatosti v kontaktu opěrného a pracovního válce pomocí metody konečných prvků. Simulace budou provedeny na modelové úloze s několika typy tvarů zakončení opěrných válců.
3) Získání napěťových polí metodou fotoplasticimetrie v plasticky deformovaném materiálu při stavech vznikajících při procesech tváření materiálů.
4) Návrh přípravku pro testování zkušebních vzorků s vnitřním přetlakem a realizace experimentů v oblasti vysokocyklové únavy materiálů.
5) Identifikace modálních parametrů kovaného šoupátka A42 výpočtem a experimentálně.
6) Simulace impaktu bateriového boxu vozidla SCX 3.5.
7) Vyhodnocení a publikace výsledků experimentálního řešení a numerického modelování v biomechanice zevní a vnitřní fixace.
8) Dokončení disertační práce na téma nelineární úlohy nosníků na pružném podkladu.
9) Vývoj, návrh, pevnostní kontrola a výroba biomechanického a medicínského vybavení.
10) Návrh metodiky detekce vybraných typů nespojitostí u ocelových plechů a kompozitních panelů s využitím modální akustické emise.
11) Úspěšné konání Studentské soutěže s Continental Automotive.

Rozpočet projektu - uznané náklady

NávrhSkutečnost
1. Osobní náklady
Z toho
0,-0,-
1.1. Mzdy (včetně pohyblivých složek)0,-0,-
1.2. Odvody pojistného na veřejné zdravotně pojištění a pojistného na sociální zabezpečení a příspěvku na státní politiku zaměstnanosti0,-0,-
2. Stipendia184000,-184000,-
3. Materiálové náklady100000,-123065,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek350000,-180429,-
5. Služby314000,-487187,-
6. Cestovní náhrady36481,-49800,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory113831,-113831,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)40000,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady1138312,-
Uznané náklady1138312,-
Celkem běžné finanční prostředky1138312,-1138312,-